1、概述

MCU，微控制单元(Micro Controller Unit)，又称为单片型计算机、单片机，将中间处理器(CPU)进行频率和规格的缩减，并将内存(memory)、Timer、UART、SPI等外设资源整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，用于各种低成本、低要求的控制应用场合。根据实际应用场景的不同，MCU片上资源可根据需要进行裁剪定制，以获取应用系统的最佳性能，最低成本。
从应用角度讲，MCU片上资源可分为三类：存储、系统和外设。存储资源通常指用于存储程序的FLASH及存储运行时数据的RAM；系统资源用于确保MCU系统的运行及稳定，如时钟，看门狗等；外设资源用于提供系统工作所需的接口或其他资源。以Crotex-Mx系列内核的MCU为例，具体说明如下。

2、存储资源

存储资源，指存储数据的相关电路部分，通常MCU会带有不同容量的程序存储空间(FLASH)和数据存储空间(RAM)，不同型号的MCU所带有的存储空间大小也会有所差异，存储空间从KB到MB均有覆盖，以满足不同应用的需要。当然，价格也是与存储空间成正比的，存储空间越大，价格也会越高些。

  • FLASH：程序存储空间。非易失型数据存储空间，掉电后数据不丢失，通常用于存储程序代码信息，也可根据业务需要存储业务相关数据。
  • RAM：数据存储空间。易失型数据存储空间，掉电后数据丢失，通常用于存储程序运行期间的数据信息，访问速度较FLASH快，成本较FLASH贵些，容量通常比FLASH小。

3、系统资源

系统资源指维持MCU正常工作或保证MCU正常工作的一些资源，如系统运行所必须的时钟、防止系统死机的看门狗。

  • RCC：系统时钟配置，如系统主频时钟设置。
  • SYS：系统工作相关配置，如Debug接口。
  • PMU：系统电源管理单元，通常用于保证系统上下电复位。
  • IWDT：系统看门狗，在指定时间未喂狗将复位MCU，以避免系统死机。
  • WWDT：窗口看门狗，与系统看门狗类型，用于复位MCU以避免系统死机。与系统看门狗不同的是：系统看门狗可以在设置的看门狗时间内任意时刻喂狗，而窗口看门狗只能在设置的时间端内喂狗，过早或过晚的喂狗，都会导致系统复位。
  • GPIO：通用输出输入口，这个其实应该输入外设资源的，但对一个嵌入式系统而言，通用输出输入口是必须的，所以这里就把通过输入输出口归类于系统资源了。
  • DMA：Direct Memory Access，直接内存存取，使用硬件就行数据的传输，从而不需要大量的CPU中断负载，减轻到大量数据传输时CPU的负担。DMA最主要的功能就是将数据从一个地址移动到另一个地址，在DMA工作期间，DMA控制器直接控制系统总线操作数据，从而避免CPU的参数。
  • NVIC：Nested Vectored Interrupt Controller，内嵌向量中断控制器，NVIC与控制器内核紧密相连。以Cortex-M3为例，NVIC提供的功能有：可嵌套中断支持，向量中断支持，动态优先级调整支持，短中断延迟，中断可屏蔽。

4、外设资源

系统相关资源用于保证系统的运行，而外设资源往往用于满足系统的业务需要，通过硬件实现与外设器件的高效的通信或操作。MCU外设种类繁多，除了标准的Time、UART等，根据业务的需要也衍生了多种相似的外设用于满足应用的需求，如LPTIM(低功耗定时器)、LPUART(低功耗串口)，单线SPI等。按其功能分类，可分为以下几类。

  • Analog：模拟外设，如ADC、DAC、OPA、比较器等。模拟外设为MCU提供了数字信号与模拟信号交互的通道。
  • Timer：定时器，如STM32的BTIM、GTIM、LPTIM、RTC等。定时器为系统提供了时间概念，便于获取时间、定时等，满足不同的应用需求。
  • Connectivity：连接接口，如IIC、SPI、UART，包括并行接口FMSC等。连接接口为MCU提供了连接多种外部设备的能力，使得MCU具有极强的通用性。
  • Security&Computing：安全和计算相关，如RAND，CRC等。安全和计算单元，为原本计算能力较弱的MCU，提供的硬件加速功能，同时也为MCU在系统安全应用需求方面提供了多种解决解决方案。
  • Multimedia：多媒体，如IIS、DCMI、LCD等。多媒体接口，为MCU提供了丰富的人机交互的接口，通过硬件实现，也提高了MCU在处理人机交互信息时的能力及效率。

MCU外设多种多样，对于同一功能，不同的微控制器厂商的实现也会略有差异，但各个接口的标准，功能是一致的，对于不同的MCU对应用户手册查阅相关寄存器进行配置后使用就行。

5、外设与系统资源

对于MCU的一个外设使用，需要首先配置外设的相关寄存器，为了实现将MCU与外围设备器件数据交互，通常又需要配置GPIO，使用GPIO与外围设备器件连接，进行数据传输。为提高系统运行的实时性要求，又需要NVIC提高系统的响应速度。当外设存在大量数据传输的需求时，使用CPU会增加CPU的负担，这时DMA可以提供数据传输的通道，在不需要CPU干预的情况下完成数据的传输。所以，为了一个外设正常工作，通常需要使用系统资源中的GPIO、NVIC、DMA等资源进行辅助，以满足应用系统的需求。